Задачи испытаний. Основные динамические характеристики конструкций и сооружений

Натурные динамические испытания проводят для особо ответственных объектов в таких случаях: перед сдачей в эксплуатацию путепроводов, мостов и др.; при обнаружении повреждений или недопустимых вибраций эксплуатирующихся конструкций и сооружений (центрифуг на перекрытиях, фундаментов мельниц, турбоагрегатов, ленточных пил и др.); для новых типов конструкций и сооружений в научных целях (например, при исследовании систем сейсмоизоляции зданий и сооружений). Задачами натурных динамических испытаний являются; определение параметров колебаний вновь возведенных сооружений и сопоставление их с нормируемыми для выявления возможности сдачи в эксплуатацию; определение причин недопустимых вибраций конструкций для их снижения ниже допустимого нормами уровня; установление фактических параметров и форм колебаний сооружений с целью совершенствования методов их динамического расчета, конструирования.

Подготовка к натурным динамическим испытаниям состоит из следующих этапов: тщательного освидетельствования сооружения с выявлением возможных мест крепления вибромашин или использования стационарного оборудования для создания динамических нагрузок; выбора группы приборов и определения мест их установки; назначения способов крепления приборов; выбора способа создания динам ческих нагрузок, их расположения и величин для определения параметров собственных и вынужденных колебаний; назначение приспособлений и мероприятий по технике безопасности.

При натурных динамических испытаниях к приборам предъявляется ряд требований: износоустойчивость (длительная работа без расстройств сочленений), вибростойкость, неизмеичивость характеристик; погрешности в измерении амплитуд не более 3—5 % при механическом увеличении п = 6...12 и не более 2—6 % при оптическом увеличении п = 250...340; хорошая работа в широком диапазоне температур; недопустимость люфтов при работе рычагов, шарниров механических приборов; минимальная масса перьев самописцев (для исключения сил инерции); возможность быстрого изменения скорости движения ленты в приборах; сохранность записи при хранении. Кроме того, приборы должны удовлетворять комплексу требований к приборам для длительных натурных испытаний (см. выше).

Допустимость вибраций сооружений нормируется по трем предельным состояниям: прочности с учетом выносливости, общим .вибрациям рабочих мест с точки зрения физиологических воздействий на обслуживающий персонал, вибрациям чувствительного к колебаниям технологического о орудования.

Прочность и выносливость оценивают по следующим признакам: на основании определения внутренних усилий косвенными методами по непосредственно измеряемым деформациям в характерных точках сечений; по форме колебаний, определяемой синхронным измерением перемещений во многих точках конструкции; по расчетной форме колебаний на основе измерения амплитуды в одной из точек конструкции; по квазистатической схеме, с добавлением к амплитудам возмущающих сил амплитуд сил инерции, определяемых умножением масс на измеряемые ускорения.

Общие вибрации рабочих мест оценивают на основе сопоставления измеренных среднеквадратичных значений скорости в октавных полосах спектра с нормируемыми значениями.

Вибрации мест чувствительного к колебаниям технологического оборудования анализируют сопоставлением измеренных амплитуд ускорений гармонических колебаний (для частот не более 10 Гц) или амплитуд скорости (для более высоких частот) с нормируемыми.

Основные динамические характеристики сооружений — это частоты и амплитуды деформаций, перемещения, скорости и ускорения в различных точках сооружения в одном, двух или трех направлениях. Эти характеристики определяют синхронно с помощью вибромашины с заранее известной или измеряемой в процессе опыта амплитудой силы и описанных в гл. 1 приборов.

Динамические процессы в зданиях и сооружениях протекают с различными частотами — от десятых долей герца (для высоких гибких сооружений) до сотен и тысяч герц (для зданий с механизмами ударного действия). Амплитуды колебаний реальных зданий и сооружений также меняются от нескольких сантиметров (редко — метров, для высоких отдельно стоящих сооружений) до долей микрона, причем большие амплитуды чаще (но не всегда) соответствуют низким частотам. При частотах более 50 Гц амплитуды обычно не превышают 2 мм, а амплитуды высокочастотных составляющих не более десятков микрон. Ускорения колебаний сооружений практически не превышают 100 м/с². Частоты собственных колебаний зданий и сооружений, как правило, невысоки (до десятков герц), поэтому с точки зрения возникновения нежелательного резонанса более опасны вынужденные низкочастотные колебания, действие низкочастотного оборудования.